Активные методы акустической дефектоскопии

Основные методы акустической дефектоскопии – теневой и эхо-метод.: Теневой метод связан с прохождением ультразвукового сигнала через объект контроля и улавливанием его на противоположной стороне.

 

 

Рис 3.6 Схема теневого метода ультразвукового контроля.

Генератор 1- вырабатывает электрические импульсы, которые в излучателе 5 превращаются в импульсы упругих колебаний и через поверхность ввода 6 поступают в объект контроля 8. Приемник 7 улавливает механические колебания, прошедшие сквозь тело и преобразует их в электрические сигналы. Эти сигналы очень слабы, поэтому необходим усилитель электрический колебаний 2. Усиленный сигнал поступает на измеритель амплитуды электрических колебаний 3. Если в теле встречаются дефекты (9), то амплитуда прошедших импульсов уменьшается. Таким образом, сканируя поверхность мы определяем в каких областях находятся дефекты. Неудобство этого метода в том, что он требует доступа к ОК с двух сторон. Этого недостатка лишен эхо-метод или метод отражения. В данном методе в отличие от теневого, излучатель и приемник совмещены.

Рис 3.7 Схема эхо-метода ультразвукового контроля

В данном случае генератор импульсов 1 вырабатывает электрические импульсы, они преобразуются в механические в излучателе, и попадают внутрь объекта контроля. Проходя сквозь объект, они отражаются от дефекта или от дна и снова возвращаются в излучатель, который выступает теперь как приемник. Он преобразует механические импульсы колебаний в электрические. Далее через усилитель 2 отраженный сигнал попадает в измерительный блок 3, где измеряется не только амплитуда, но и время прохождения импульса через объект контроля. На рис 3.8 представлено отображение импульсов на экране измерительного блока

 

Рис 3.8 Схема прохождения импульса через объект контроля и его отображение на экране электронно-лучевой трубки.

Если в объекте контроля нет дефектов, на экране видны только первичный импульс N и донный импульс D (то есть импульс, отраженный от дна). Если перед донным импульсом появляется еще импульс (в данном случае - В) - он указывает на наличие дефекта. а расстояние на экране между импульсами N и В пропорционально глубине его залегания от поверхности.(В теневом методе мы не знаем, на какой глубине находится дефект). Амплитуда импульса (высота) говорит о величине дефекта (о его размерах). Вариантом этого метода является эхо-зеркальный метод. В этом случае приемник и излучатель разнесены и УЗ сигнал вводится в объект контроля не вертикально, а под углом.

Метод акустической эмиссии

Сущность этого метода неразрушающего контроля состоит в улавливании и анализе очень слабых упругих колебаний, которые возникают в твердом теле при развитии в нем дефектов типа трещин. Таким образом, метод акустической эмиссии (АЭ) является пассивным (в отличие от эхо-метода УЗ-контроля, при котором упругие колебания вводятся в объект контроля извне)

При продвижении трещины в металле (керамике, стекле) происходит высвобождение упругой энергии и в теле возникают волны упругих колебаний. Эти колебания можно уловить, например, с помощью пьезоэлектрических датчиков и получить важную информацию о местоположении трещины в детали или конструкции, ее размере и следить за ее развитием.

 

На Рис 3.14 представлены формы единичных импульсов АЭ от растущих трещин различного размера. Важной характеристикой является амплитуда импульса – она характеризует степень опасности дефекта. Кроме того, регистрируется суммарное число импульсов и скорость счета.

Рис 3.14 Экспериментально зарегистрированные формы единичных импульсов АЭ

Расположение нескольких датчиков на объекте контроля позволяет точно определить координаты дефекта, излучающего упругие волны (по разности времени прихода сигнала на разные датчики). На рис 3.15 представлена картина распределения индикаций источников АЭ на мониторе аппаратуры контроля

Рис 3.15 Картина распределения индикаций источников АЭ при испытании сосуда высокого давления. Здесь крупные точки с цифрами 1,2,3,4 - датчики приема сигналов АЭ, мелкие точки – отдельные импульсы АЭ, возникающие в процессе повышения давления в испытуемом сосуде. Скопление индикаций в средней части сосуда говорит о наличии серьезного дефекта

Достоинства метода АЭ:

1. Метод акустической эмиссии обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов. В результате этим методом обнаруживаются наиболее опасные дефекты – те, которые растут под действием напряжений и могут привести к разрушению. В то же время, дефекты, которые не развиваются (в том числе, крупные по размерам) этим методом не обнаруживаются. Такое свойство метода АЭ повышает надежность отбраковки изделий при неразрушающем контроле

2. Метод АЭ обладает высокой чувствительностью к растущим дефектам. Его чувствительность значительно превосходит чувствительность других методов. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры составляет 1*10 _ 6 мм², что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм

3. Метод АЭ обладает свойством интегральности, заключающимся в том, что, используя один или несколько преобразователей АЭ, установленных неподвижно на поверхности объекта, можно контролировать весь объект. Координаты дефектов определяются без сканирования поверхности объекта преобразователями (как это необходимо, например, в эхо-методе). Соответственно, состояние поверхности объекта контроля не влияет на результаты контроля. Свойство интегральности особенно полезно в случае, если доступ к поверхности контролируемого объекта затруднен или невозможен (например, в случае контроля теплоизолированных трубопроводов, атомных реакторов и т.д.).

4. Дистанционность метода АЭ проявляется в том, что контроль можно проводить при удалении оператора от контролируемого объекта. Поэтому контролю доступны такие протяженные объекты, как магистральные трубопроводы

5. Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы НК. Например, метод АЭ используется для контроля композиционных материалов, для которых применение других методов НК затруднено или невозможно.

Применение метода АЭ ограничивается в ряде случаев из-за трудностей выделения сигналов АЭ на фоне помех

4. РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Радиационный вид НК основан на взаимодействии проникающих излучений (электромагнитных и корпускулярных) с объектом контроля и регистрацией результатов этого взаимодействия.:

Излучения, которые применяются при радиационном контроле, описываются либо частотой f и длиной волны λ, либо энергией излучения Е. Для неразрушающего контроля применяют излучения с длиной волны менее 10 нм. и частотой f > 1016Т Гц. (видимый свет имеет частоту f ~ 1014 Гц, а длину волны λ = 500 нм.). Чем выше энергия излучения Е, тем выше проникающая способность излучения. Максимально достижимая в настоящее время величина Е_max = 300 МэВ.